机电液耦合器工作稳定性研究

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机电液耦合器克服了传统机电液系统结构松散、工作效率低、工作模式单一等缺点,实现了机械能、电能以及液压能三种能量的任意转换。作为一种新型动力装置,机电液耦合器多种模式协同工作需要外部控制,不同工作模式的工作稳定性决定着调控方式,是搭建耦合器协同控制策略的重要依据。本文针对上述问题,详细探究了耦合器的工作特性,通过理论和仿真方法研究了各模式的工作稳定性,为机电液耦合器以及整车控制策略研究提供了理论依据。确定了机电液耦合器模型和工作模式。依据耦合器的工作原理对其结构设计,确定了相关尺寸参数,同时从液压和电机两模块耦合的角度建立了数学模型,并利用有限元分析方法得到了主要物理参数,完成了整个耦合器模型的确定。将机电液耦合器应用于纯电动汽车,提出了机电液动力耦合电动汽车,并根据工作特性分为液压模式、纯电动模式、电液混合模式以及再生制动模式四种工作模式,为进一步研究响应特性和工作稳定性奠定了基础。研究了机电液耦合器响应特性和工作稳定性。通过液压模式启动运动状态建立了运动方程分析其响应特性,同时确定了纯电动模式和电液混合模式的系统状态变量,分别建立两种模式下的状态方程,研究了相应模式启动的响应特性,利用得到的耦合器变量系统传递函数分析了变量响应时间。基于微分方法判定出液压模式和纯电动模式运行的工作稳定性,以及电液混合模式几种典型工作模式的稳定性;再次利用李雅普诺夫第二方法对液压模式、纯电动模式和电液混合模式进行了工作稳定性研究,利用变量梯度法确定了李雅普诺夫函数V(x)的导数为负定,V(x)为正定,判定出三种模式都具有工作稳定性,两种方法相互印证,形成可靠的稳定性判据。完成了机电液耦合器工作稳定性仿真。基于AMEsim软件建立了液压动力模型,针对液压模块泵和马达模式仿真验证了模型的可靠性,并判定出液压模式驱动时耦合器具有工作稳定性;根据变量机构结构原理搭建了变量系统模型,进行了耦合器变量仿真;利用AMEsim与Simulink联合搭建起电机动力仿真模型,通过仿真判定出纯电动模式驱动时耦合器工作是稳定的;结合液压和电机动力模型搭建了电液混合模型,判定出电液混合模式驱动时耦合器具有工作稳定性。
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